[發明專利]一種半球形耐壓封頭極限承載力的估算方法

在審

• 申請號: 201810651112.1
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108920797A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 朱永梅;張躍文;陳俊杰;崔維成;張建;唐文獻
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 梁耀文

本發明公開一種半球形耐壓封頭極限承載力的估算方法，1、設定封頭相關參數，其中封頭的中徑r、不同厚度值t、不同屈服強度σ_y；2、研究對封頭承載力的影響；將屈曲強度對封頭極限承載力的影響定義為塑性衰減因子k_p并求解；3、求得完美封頭非線性臨界屈曲載荷P_non：P_non＝k_pP_m?t；4、研究幾何缺陷對封頭屈曲載荷的影響規律，將幾何缺陷對封頭極限承載力的影響定義為幾何缺陷衰減因子k_imp并求解；5、在k_p和k_imp的基礎上，將所有數據進行公式擬合，求解出實際衰減因子k_real，其中k_real＝k_pk_imp，歸納封頭極限承載力P_real的估算公式：P_real＝k_realP_m?t；6、根據實際殼體的相關參數值，代入解析公式，最終算出封頭極限承載力P_real。本發明所提出的估算方法更為系統且運用范圍更廣。

技術領域

本發明屬于機械領域，特別涉及一種半球形耐壓封頭極限承載力的估算方法。

背景技術

封頭作為壓力容器必不可少的重要組成部分，在深海耐壓潛水器上也得到廣泛使用，其屈曲耐壓特性對整個潛水器的耐壓能力具有重要的影響。現有封頭多為半球形結構，其極限承載力的準確預測，對潛水器的安全性和經濟性等性能具有重要影響。

潛水系統和潛水器入級與建造規范(簡稱CCS2013)提供了相關的球殼極限承載力的預測方法。其中CCS表示中國船級社，以下簡稱CCS。其一，數值計算預測法，通過有限元軟件的模擬計算，引入一階模態缺陷及彈塑性材料屬性可預測球殼的極限載荷和屈曲行為。其二，該規范16章提供了耐壓球殼極限承載力的預測經驗公式：

其中：r_in為球殼內徑，r_m為球殼中徑，t為球殼厚度，σ_y為材料抗拉強度，δ為缺陷幅值，a,b,c,d,j,f,g,h為常系數；考慮到材料與幾何非線性；在耐壓結構的初步設計階段，用于預測耐壓球殼的極限承載力。

有限元數值計算經過多年的研究及總結，可以較準確預測球殼承載力，但軟件計算時需設置各樣模型參數且參數偏差對結果影響較大；并且缺乏系統的殼體失穩機理的研究與認定。同時，船級社提供的經驗公式雖然可以準確的預測特定情況下的耐壓球殼的承載能力，卻沒有考慮到耐壓結構的失穩機理，公式中沒有涉及到材料的相關參數，如屈服強度E、彈性模量μ和屈服強度σ_y，而球殼屈曲行為往往與屈曲強度有密切關系。公式中僅涉及到了材料的抗拉強度，但耐壓結構的初次失穩往往出現在線彈性階段。半球形封頭雖然也能使用球殼結構的公式，但是由于邊界條件稍有不同，仍然存在一定的誤差。因此，封頭極限承載力的預測方法缺少一種更為系統且運用范圍更廣的理論公式預測方法。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種更為系統且運用范圍更廣的半球形耐壓封頭極限承載力的估算方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種半球形耐壓封頭極限承載力的估算方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)設定封頭相關參數，其中相關參數包括封頭的中徑r、不同厚度值t和不同屈服強度σ_y；

(2)考慮對封頭承載力的影響；將屈曲強度對封頭極限承載力的影響定義為塑性衰減因子k_p并求解；